CN103527166A - 旋挖钻机钻杆监测方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋挖钻机钻杆监测方法和系统，该方法包括步骤1，获取主卷扬的拉力，当其变化时，记录变化的时间为第一时刻；获取加压装置提拉动力头的拉力，当其变化时，记录变化的时间为第二时刻；获取钻杆的伸缩长度，比较并在伸缩长度为钻杆的单节长度的整数倍时，记录时间为第三时刻；步骤2，比较第一时刻和第二时刻是否重合，若是，则执行步骤3；若否，则清零已记录的第一、第二、第三时刻，并重新执行步骤1；步骤3，比较第一时刻或第二时刻是否与第三时刻重合，若是，则清零已记录的第一、第二、第三时刻，并重新执行步骤1；若否，则判断旋挖钻机的钻杆发生带杆。该方法能够准确判断钻杆下放或提升过程中是否发生带杆情况。

Description

旋挖钻机钻杆监测方法和系统

技术领域

本发明涉及工程机械领域，特别涉及一种旋挖钻机钻杆监测方法和系统。

背景技术

旋挖钻机是一种取土成孔灌注桩施工机械，旋挖钻机的工作装置包括变幅机构、桅杆总成、动力头、加压装置、卷扬、钻杆、钻具等，其中，钻杆是旋挖钻机向钻具传递扭矩和压力的重要部件，旋挖钻机靠钻杆带动回转都旋转切削土岩；钻杆的旋转和向下钻进的动力来自动力头，动力头是旋挖钻机最重要的工作部件。

现有的钻杆是由数节直径大小不等的无缝钢管套装而成，钢管上设置有内外键相互配合，相邻的两节杆可以相互滑动伸缩。通常，其各节杆从外向内非别定义为第1节杆、第2节杆、第3节杆……。钻杆在完全锁紧状态下安装到旋挖钻机上，整根钻杆的重量通过最内一节杆顶部设置的扁头和提引器连接在主卷扬钢丝绳上。最内一节杆通过焊接（或安装）在其上的圆盘和安装的弹簧、弹簧座（通常弹簧座的外径与第1节杆的外径相同），将其他各节杆托起。

旋挖钻机工作时，需要将钻杆下放（钻杆伸出），钻杆下放过程为：主卷扬钢丝绳下放，钻杆整体在动力头的内键套内滑动下降，当第1节杆上的减振环碰到动力头上端面时，第1节杆被动力头拖住，第1节杆停止下降，相应地，第1节杆的重力负载从主卷扬钢丝绳转移到动力头上，动力头通常由加压装置提拉移动，动力头的负载变化直接体现在加压装置的拉力变化上；当第2节杆的挡环接触到第1节杆下部的内键上端面时，第2节杆停止下降，相应地，第2节杆的重力负载从主卷扬钢丝绳上转移到动力头上；当第3节杆的挡环接触到第2节杆下部的内键上端面时，第3节杆停止下降，相应地，第3节杆的重力负载从主卷扬钢丝绳上转移到动力头上；如此继续，直至各节杆全部伸出，将钻杆最里边的一节杆连接的钻具下放到孔底。钻杆的提升过程与下放过程相反。

在旋挖钻机钻杆在下放或上提过程中，当钻杆解锁不及时或者钻杆卡滞时就会出现带杆，很容易造成钻杆某一节突然下落，加之钻杆重量较大，严重情况下会对旋挖钻机的动力头及桅杆等相关部件造成严重损坏。

现有技术中，一些厂家在旋挖钻机上专门针对钻杆“带杆”设置了监测装置，主要是利用监测主卷扬和动力头的重量负载的实际数值，以此作为依据来判断钻杆是否发生“带杆”，然而，实际使用情况中，由于钻斗、钻斗中的土石、以及钻杆所受浮力、吸钻等原因，都会给主卷扬和动力头上的负载带来影响，造成现有的监测方法无法准确有效地判断出是否“带杆”。

针对钻杆“带杆”带来的冲击，现在市场上的旋挖钻机大多数只是通过加强动力头的减震能力来尽量降低此类故障造成的损失，但是这只是被动解决这种问题的方法。也有少数的旋挖钻机生产厂家的产品具有动力头主动保护装置，其方式为在动力头内部安装弹簧，通过弹簧形变检测作用在动力头上的钻杆重量；同时，结合钻杆下放深度与动力头位置，得出钻杆是否存在突然下落的可能性。该方式稳定可靠，但是对于加工精度要求非常高，且在动力头内部安装传感器以检测弹簧形变存在一定的技术难度，而且动力头震动非常大，一旦弹簧在长期的震动过程及反复伸缩中出现形变过大或者弹簧系数变化时，就很有可能撞坏传感器。针对这种动力头主动保护装置的上述问题，现有市场上尚无有效的解决方案。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种旋挖钻机钻杆监测方法和系统，该方法能够准确判断钻杆下放或提升过程中是否发生带杆情况，以便及时作出相应处理，防止某节钻杆突然下落，冲击动力头，造成损坏。

一方面，本发明提供了一种旋挖钻机钻杆监测方法，包括：

步骤1，获取所述旋挖钻机的主卷扬的拉力，当所述主卷扬的拉力变化时，记录变化的时间为第一时刻；获取所述旋挖钻机的加压装置提拉动力头的拉力，当所述加压装置的拉力变化时，记录变化的时间为第二时刻；获取所述旋挖钻机钻杆的伸缩长度，比较所述伸缩长度和所述钻杆的单节长度，在所述伸缩长度为所述钻杆的单节长度的整数倍时，记录时间为第三时刻；

步骤2，比较所述第一时刻和所述第二时刻是否重合，若是，则执行步骤3；若否，则清零已记录的所述第一时刻、所述第二时刻和所述第三时刻，并重新执行所述步骤1；

步骤3，比较所述第一时刻或所述第二时刻是否与所述第三时刻重合，若是，则清零已记录的所述第一时刻、所述第二时刻和所述第三时刻，并重新执行所述步骤1；若否，则判断所述旋挖钻机的钻杆发生带杆。

另一方面，本发明还提供了第二种旋挖钻机钻杆监测方法，包括：

步骤1，获取所述旋挖钻机的主卷扬的拉力，当所述主卷扬的拉力变化时，记录变化的时间为第一时刻；获取所述旋挖钻机的加压装置提拉动力头的拉力，当所述加压装置的拉力变化时，记录变化的时间为第二时刻；

步骤2，比较所述第一时刻和所述第二时刻是否重合，若是，则执行步骤3；若否，则清零已记录的所述第一时刻和所述第二时刻，并重新执行所述步骤1；

步骤3，获取所述旋挖钻机钻杆的伸缩长度，并比较在所述第一时刻或所述第二时刻时所述伸缩长度是否为所述钻杆的单节长度的整数倍，若是，则清零已记录的所述第一时刻和所述第二时刻，并重新执行所述步骤1，若否，则判断所述旋挖钻机的钻杆发生带杆。

另一方面，本发明还提供了第三种旋挖钻机钻杆监测方法，包括：

步骤1，获取所述旋挖钻机的主卷扬的拉力，当所述主卷扬的拉力变化时，记录变化的时间为第一时刻；获取所述旋挖钻机的加压装置提拉动力头的拉力，当所述加压装置的拉力变化时，记录变化的时间为第二时刻；获取所述旋挖钻机钻杆的伸缩长度；

步骤2，比较所述第一时刻和所述第二时刻是否重合，若是，则执行步骤3；若否，则清零已记录的所述第一时刻和所述第二时刻，并重新执行所述步骤1；

步骤3，比较所述伸缩长度是否为所述钻杆的单节长度的整数倍，若是，则清零已记录的所述第一时刻和所述第二时刻，并重新执行所述步骤1，若否，则判断所述旋挖钻机的钻杆发生带杆。

针对上述三种监测方法，进一步地，所述获取所述旋挖钻机钻杆的伸缩长度的具体过程为：

当所述第一时刻和所述第二时刻首次重合时，获取所述钻杆的末端的当前深度并记录为初始深度，同时记录此时所述动力头的位置为零位置；

随着所述钻杆的后续伸出或收缩，获取所述钻杆的末端的实际深度并记录为第一深度，同时获取所述动力头相对所述零位置的位移，并记录为第一位移；

将所述第一深度减去所述初始深度和所述第一位移得到一差值，获取所述差值并作为所述钻杆的伸缩长度。

进一步地，所述的三种旋挖钻机钻杆监测方法通过设置在主卷扬上的第一拉力传感器获取所述主卷扬的拉力，通过设置在所述加压装置上的第二拉力传感器获取所述加压装置的拉力；

通过设置在主卷扬上的第一位置传感器获取所述初始深度和所述第一深度，通过设置在所述加压装置或所述动力头上的第二位置传感器获取所述第一位移。

进一步地，还包括步骤4：在判断所述旋挖钻机的钻杆发生带杆时，发出报警和/或停止升降所述钻杆。

进一步地，所述步骤1还包括，记录所述第一时刻和所述第二时刻的具体条件为：

当所述主卷扬的拉力变化大于或等于第一预设值时，记录变化的时间为所述第一时刻；

当所述加压装置的拉力变化大于或等于第二预设值时，记录变化的时间为所述第二时刻。

进一步地，所述步骤1还包括，当所述主卷扬的拉力变化大于或等于第一预设报警值时，且当所述加压装置的拉力变化大于或等于第二预设报警值时，则判断所述旋挖钻机的钻杆发生带杆，并发出报警和/或停止升降所述钻杆；

其中，所述第一预设报警值大于所述第一预设值，所述第二预设报警值大于所述第二预设值。

另一方面，本发明还提供一种旋挖钻机钻杆监测系统，所述旋挖钻机包括主卷扬、加压装置、动力头和钻杆，包括

检测所述主卷扬的拉力的第一拉力传感器；

检测所述加压装置提拉所述动力头的拉力的第二拉力传感器；

检测所述钻杆伸缩长度的位置传感器单元；

控制器，与所述第一拉力传感器、所述第二拉力传感器、所述位置传感器单元信号连接，接收上述各传感器的检测信息，并根据该检测信息判断所述钻杆是否带杆。

进一步地，所述位置传感器单元包括：

检测所述钻杆深度的第一位置传感器；

检测所述动力头的位移的第二位置传感器。

进一步地，所述加压装置为加压卷扬；

所述第一拉力传感器为销轴式拉力传感器，设置在所述旋挖钻机桅杆顶部的所述主卷扬的滑轮轴上；

所述第二拉力传感器为销轴式拉力传感器，设置在所述加压卷扬的滑轮轴上；

所述第一位置传感器为设置在所述主卷扬上的旋转编码器或接近开关；

所述第二位置传感器为设置在所述动力头上的接近开关；或者，所述第二位置传感器为设置在所述加压卷扬上的旋转编码器。

进一步地，所述控制器还与所述主卷扬的液压系统连接，用于在判断所述钻杆为带杆时，停止升降所述钻杆；和/或，

还包括报警装置，所述报警装置与所述控制器连接，用于在判断所述钻杆为带杆时，所述控制器触发所述报警装置发出报警。

当旋挖钻机下放（或提升）钻杆时，以第1节杆下放为例，第1节杆上的减振环与动力头接触后，被动力头拖住，第1节杆的重力负载从主卷扬转移到动力头上，此时主卷扬的拉力减少，减少的量为第1节杆的重力负载；同时动力头上负载增加，增加的量为第1节杆在动力头上的重力负载；又由于动力头与加压装置连接，其移动由加压装置驱动，其负载增加也直接体现为加压装置的拉力增加；此时，不考虑动力头位移的情况下，钻杆下放深度为第1节杆的自身长度。因此，如果主卷扬和动力头上的负载同时发生变化时，同时钻杆下放深度增加值恰好是单节钻杆的长度，则表明钻杆下放过程正常完成；否则，则证明钻杆下放过程中发生带杆。其他节杆的下放或提升的过程和原理与此类似，不多赘述。

综上，本实施例提供的旋挖钻机钻杆监测方法通过监测主卷扬拉力、加压装置提拉动力头的拉力和钻杆伸缩长度，记录比较拉力变化的时间点、钻杆伸缩长度为特定值的时间点，并由此能够准确判断钻杆下放或提升过程中是否发生带杆情况，为操作人员提供准确信息，便于其及时作出相应处理，防止带杆导致钻杆突然下落，冲击动力头，造成旋挖钻机的动力头和钻杆等结构损坏。

该方法能够排除外界作用力单独影响主卷扬或动力头上的负载，导致主卷扬或加压装置上的压力发生变化，与现有的通过弹簧形变监测动力头上的钻杆重量的方法相比，准确性更高，而且实施成本低，可操作性强。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例提供的第一种旋挖钻机钻杆监测方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的第二种旋挖钻机钻杆监测方法的流程示意图；

图3为本发明实施例提供的第三种旋挖钻机钻杆监测方法的流程示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本发明的基本思想在于：如背景技术中所述，当旋挖钻机下放（或提升）钻杆时，以第1节杆下放为例，第1节杆上的减振环与动力头接触后，被动力头拖住，第1节杆的重力负载从主卷扬转移到动力头上，此时主卷扬的拉力减少，减少的量为第1节杆的重力负载；同时动力头上负载增加，增加的量为第1节杆在动力头上的重力负载；又由于动力头与加压装置连接，其移动由加压装置驱动，其负载增加也直接体现为加压装置的拉力增加；此时，不考虑动力头位移的情况下，钻杆下放深度为第1节杆的自身长度。因此，如果主卷扬和动力头上的负载同时发生变化时，同时钻杆下放深度增加值恰好是单节钻杆的长度，则表明钻杆下放过程正常完成；否则，则证明钻杆下放过程中发生带杆。其他节杆的下放或提升的过程和原理与此类似，不多赘述。

基于上述思想，本发明实施例提供一种旋挖钻钻机钻杆监测方法和监测系统。为便于阐释技术方案，本文首先对本发明实施例提供的旋挖钻钻机钻杆监测方法详细说明如下：

如图1所示为本发明第一实施例提供的一种旋挖钻钻机钻杆监测方法流程图，该监测方法包括：

步骤1，获取旋挖钻机的主卷扬的拉力，当主卷扬的拉力变化时，记录变化的时间为第一时刻T1；获取旋挖钻机的加压装置提拉动力头的拉力，当加压装置的拉力变化时，记录变化的时间为第二时刻T2；获取旋挖钻机钻杆的伸缩长度，比较伸缩长度与钻杆的单节长度，在伸缩长度为钻杆的单节长度的整数倍时，记录时间为第三时刻T3。

该步骤中，可以通过在主卷扬上设置第一拉力传感器来检测并获取主卷扬的拉力；同理，可以通过在加压装置上设置第二拉力传感器来检测并获取加压装置提拉动力头的拉力。

该步骤中，获取旋挖钻机钻杆的伸缩长度的具体过程优选为如下过程：

当第一时刻T1和第二时刻T2首次重合时，获取钻杆的末端的当前深度并记录为初始深度H0，同时记录此时动力头的位置为零位置；

随着钻杆的后续伸出或收缩，获取钻杆的末端的实际深度并记录为第一深度H1，同时获取动力头相对动力头的零位置的位移，并记录为第一位移S1；

将第一深度H1减去初始深度H0和第一位移S1得到一个差值，获取该差值并作为钻杆的伸缩长度ΔL，即ΔL=H1-H0-S1。

需要说明的是，钻杆的初始深度H0以及动力头的零位置，是在钻杆下方或提升过程中，第一时刻T1和第二时刻T2首次重合时记录的，即钻杆下方或提升时，钻杆负载第一次在主卷扬和动力头之间发生转移时记录的，在后续过程中不发生变化，并以此作为基础，方便后续计算；而H1和S1是随着钻杆的伸缩实时变化的数值。

步骤2，比较第一时刻T1和第二时刻T2是否重合，若是，则进行步骤3；若否，则清零已记录的第一时刻T1、第二时刻T2和第三时刻T3，并重新执行上述步骤1。

该步骤中，若T1与T2不重合，可能是由于其他外力原因单独作用在钻杆或动力头上，例如钻进过程中钻杆钻具受到岩石阻力、提升过程中钻杆钻具被泥土吸住等，致使主卷扬上的拉力发生变化，而加压装置提拉动力的拉力没有发生变化，因而T1与T2不重合时，钻杆负载在主卷扬和动力头之间没有发生转移，不会出现带杆现象，因此，本发明的旋挖钻机钻杆监测方法中，T1与T2不重合时，无需进行后续的步骤，而是重新执行步骤1，同时清零已记录的第一时刻T1、第二时刻T2和第三时刻T3等数据，以便于后续再次记录。

若T1与T2重合，则意味着钻杆重量负载在主卷扬和动力头之间发生转移，钻杆重量负载转移时即有可能发生钻杆带杆，因此需要通过后续步骤进一步判断是否发生带杆现象。

此外，需要说明的是，该步骤2虽然是在步骤1之后进行的，但是本领域技术人员应当理解，在实际升降钻杆过程，如果出现带杆情况，则在比较第一时刻T1与第二时刻T2重合后，还没有同时出现和记录第三时刻T3，此时可以将第三时刻T3视为“无”或“零”，并且其并不影响第一时刻T1与第二时刻T2的比较，也不影响将第一时刻T1或第二时刻T2与第三时刻T3的比较，此时第一时刻T1或第二时刻T2都有确定的值，而第三时刻T3为“无”或“零”则视为第三时刻T3与第一时刻T1或者第二时刻T2不重合即可。

步骤3，比较第一时刻T1或第二时刻T2是否与第三时刻T3重合，若是，则清零已记录的第一时刻T1、第二时刻T2和第三时刻T3，并重新执行步骤1；若否，则判断旋挖钻机的钻杆发生带杆。

如上所述，T1与T2重合，钻杆重量负载已从主卷扬转移到动力头上，此时如果钻杆的伸出长度恰好为单节钻杆长度，则表示钻杆正常下放，没有发生带杆现象，否则表示发生带杆；据此，应当理解的是，T1与T2第一次重合时，记录钻杆的深度为初始深度，T1与T2第二次重合时，则钻杆伸出长度为钻杆的单节长度，T1与T2第三次重合时，钻杆相对T1与T2第二次重合时的伸出长度也为钻杆的单节长度，但是与T1与T2第一次重合时，钻杆的伸出长度为单节长度的两倍，同理，T1与T2第四次重合时，钻杆的伸出长度为单节长度的三倍，以此类推。简而言之，T1与T2重合时，且此时钻杆伸出长度为钻杆单节长度的整数倍，亦即，T1与T2重合，且T1（或T2）与T3也重合，则表示钻杆正常下放，没有发生带杆现象，否则表示发生带杆。

上述过程为下放钻杆的过程，在提升钻杆时，钻杆重量负载反向转移，钻杆收缩，并以钻杆收缩长度与单节钻杆长度相比，分析判断的方法与此类似，不再赘述。

如果该步骤3中判断钻杆正常下放，没有发生带杆，则转而继续执行步骤1，重新开始执行本监测方法，对钻杆的下放进行监测，同时在执行步骤1时，清零已记录的T1、T2和T3等数据，便于后续记录和比较。

作为优选方案，该实施例中，本监测方法还可以包括步骤4，在判断旋挖钻机的钻杆发生带杆时，可以发出报警，给操作者以警示，或者通过给整机控制器或其他执行机构发出信号停止升降钻杆操作，确保施工操作安全，保护旋挖钻机钻杆不受损坏，或者既发出报警又停止升降钻杆。

在实际施工过程中，旋挖钻机下放或提升钻杆时，钻杆有可能会受到外界作用力，例如钻杆上的钻具遇到障碍物、桩孔中的泥浆吸附钻杆上的钻具、动力头受到外界物体或结构的碰撞等，这些都会导致主卷扬拉力或加压装置提拉动力的拉力发生变化，但是，通常情况下，这些外界作用力会小于钻杆重量负载，为了排除这些外界作用力的干扰，本实施例的旋挖钻机钻杆监测方法还优选增加一些额外的判断，使监测方法更准确，具体地，在上述步骤1中还包括，记录第一时刻T1和第二时刻T2的具体条件为：当主卷扬的拉力变化大于或等于第一预设值时，记录变化的时间为第一时刻T1；当加压装置的拉力变化大于或等于第二预设值时，记录变化的时间为第二时刻T2。

需要说明的是，第一预设值为单节钻杆在主卷扬上的负载值，在主卷扬的拉力变化大于或等于该负载值时，才有可能是钻杆重量负载发生转移，进而开始记录第一时刻T1，排除其他外界作用力的干扰；同理，第二预设值为单节钻杆加载在动力上后，该单节钻杆在加压装置上的负载值，即加压装置提拉该单节钻杆的拉力，在加压装置的拉力变化大于或等于该负载值时，才有可能是钻杆重量负载发生转移，进而开始记录第二时刻T2，排除其他外界作用力的干扰。此外，应当理解的是，如果一套钻杆中，单节钻杆的重量不相等时，第一预设值和第二预设值均应优选参照重量最小的单节钻杆的负载值。

进一步地，发生带杆时，有时会发生两节或多节钻杆同时从主卷扬上转移到动力头上（或反向转移），为了在第一时间对这种特殊的带杆现象作出判断和预警，本实施例的旋挖钻机钻杆监测方法还进一步优选在步骤1中包括，当主卷扬的拉力变化大于或等于第一预设报警值时，且当加压装置的拉力变化大于或等于第二预设报警值时，则判断旋挖钻机的钻杆发生带杆，并发出报警和/或停止升降所述钻杆；其中，第一预设报警值大于第一预设值，第二预设报警值大于第二预设值。根据上述记载，第一预设报警值为两节钻杆在主卷扬上的负载值，即主卷扬提拉两节钻杆的拉力，第二预设报警值为两节钻杆在动力头上的负载值，即加压装置提拉两节钻杆的拉力。

虽然本实施例中没有描述，但是本领域技术人员应当理解的是，该实施例的本发明用于旋挖钻机时，可以在旋挖钻机启动后，或者在判断旋挖钻机开始升降钻杆操作时，即自动开始执行，也可以由操作人员根据实际操作情况手动控制开启执行；在判断出旋挖钻机钻杆发生带杆后，也可以终止本监测方法，而后由操作人员手动开启再次执行，也可以直接自动重新开始执行，直至操作人员手动关闭。

综上，本实施例提供的旋挖钻机钻杆监测方法通过监测主卷扬拉力、加压装置提拉动力头的拉力和钻杆伸缩长度，记录比较拉力变化的时间点、钻杆伸缩长度为特定值的时间点，并由此能够准确判断钻杆下放或提升过程中是否发生带杆情况，为操作人员提供准确信息，便于其及时作出相应处理，防止带杆导致钻杆突然下落，冲击动力头，造成旋挖钻机的动力头和钻杆等结构损坏。

该方法能够排除外界作用力单独影响主卷扬或动力头上的负载，导致主卷扬或加压装置上的压力发生变化，与现有的通过弹簧形变监测动力头上的钻杆重量的方法相比，准确性更高，而且实施成本低，可操作性强。

本发明的第二实施例还提供另一种旋挖钻机钻杆监测方法，其流程图如图2所示，该第二实施例的监测方法包括：

步骤1，获取旋挖钻机的主卷扬的拉力，当主卷扬的拉力变化时，记录变化的时间为第一时刻T1；获取旋挖钻机的加压装置提拉动力头的拉力，当加压装置的拉力变化时，记录变化的时间为第二时刻T2；

步骤2，比较第一时刻T1和第二时刻T2是否重合，若是，则执行步骤3；若否，则清零已记录的第一时刻T1和第二时刻T2，并重新执行步骤1；

步骤3，获取旋挖钻机钻杆的伸缩长度，并比较在第一时刻T1或第二时刻T2时伸缩长度是否为钻杆的单节长度的整数倍，若是，则清零已记录的第一时刻T1和第二时刻T2，并重新执行步骤1，若否，则判断旋挖钻机的钻杆发生带杆。

该实施例提供的旋挖钻机钻杆监测方法与上一实施例中的监测方法的主要区别是，将获取旋挖钻机钻杆的伸缩长度选择在步骤3中进行，而非在步骤1中，而且，直接将钻杆的伸缩长度与钻杆的单节长度进行比较，而没有采用记录钻杆的伸缩长度为钻杆的单节长度的整数倍的时间点（T3），然后将该时间点与T1和T2比较。除此之外，该实施例的监测方法与上一实施例的监测方法基本相同，亦即包括获取钻杆伸缩长度的具体方法、比较T1和T2的具体情况、判断钻杆带杆后的报警和停止升降钻杆操作、以及其他在上一实施例中记载的内容等，均适用于该实施例，而且，该实施例的监测方法能够达到与上一实施例的监测方法相同的技术效果，不再赘述。

本发明的第三实施例还提供另一种旋挖钻机钻杆监测方法，其流程图如图3所示，该第三实施例包括：

步骤1，获取旋挖钻机的主卷扬的拉力，当主卷扬的拉力变化时，记录变化的时间为第一时刻T1；获取旋挖钻机的加压装置提拉动力头的拉力，当加压装置的拉力变化时，记录变化的时间为第二时刻T2；获取旋挖钻机钻杆的伸缩长度；

步骤2，比较第一时刻T1和第二时刻T2是否重合，若是，则执行步骤3；若否，则清零已记录的第一时刻T1和第二时刻T2，并重新执行步骤1；

步骤3，比较在第一时刻T1或第二时刻T2时伸缩长度是否为钻杆的单节长度的整数倍，若是，则清零已记录的第一时刻T1和第二时刻T2，并重新执行步骤1，若否，则判断旋挖钻机的钻杆发生带杆。

与上述第二实施例不同的是，该实施例中，将“获取旋挖钻机钻杆的伸缩长度”这一操作放在步骤1中进行，其他步骤的内容以及具体操作均与第二实施例相同，而且，该实施例的监测方法能够达到与第二实施例的监测方法相同的技术效果，不再赘述。

此外，上述三种旋挖钻机钻杆监测方法实施例都涉及到“获取旋挖钻机钻杆的伸缩长度”的操作，本领域技术人员应当理解的是，获取旋挖钻机钻杆的伸缩长度可以是一个持续不断的过程，以便获取到钻杆在连续时刻的伸缩长度，并从中找到伸缩长度为钻杆的单节长度的整数倍的时刻，或者找到特定时刻的伸缩长度与钻杆单节长度进行比较；但是，在第二实施例或其他实施例中，获取旋挖钻机钻杆的伸缩长度既可以理解为是持续不断的过程，然后找出在第一时刻T1（或第二时刻T2，T1=T2）时钻杆的伸缩长度，并将其与钻杆单节长度进行比较，也可以理解为获取旋挖钻机钻杆的伸缩长度是在某个或多个特定时刻（即在第一时刻T1或第二时刻T2）时进行的动作，以便直接获取第一时刻T1或第二时刻T2时钻杆的伸缩长度。相应地，本发明的实施例还提供一种旋挖钻机钻杆监测系统，旋挖钻机包括主卷扬、加压装置、动力头和钻杆，还包括：

检测主卷扬的拉力的第一拉力传感器；

检测加压装置提拉动力头的拉力的第二拉力传感器；

检测钻杆伸缩长度的位置传感器单元；

控制器，与第一拉力传感器、第二拉力传感器、位置传感器单元信号连接，接收上述各传感器的检测信息，并根据该检测信息判断钻杆是否带杆。

结合本发明上述实施例提供的旋挖钻机钻杆监测方法，本发明该实施例提供的旋挖钻机钻杆监测系统中，各个传感器能够提供各种基础检测数据，控制器可以根据第一拉力传感器检测的拉力变化记录得到第一时刻T1，根据第二拉力传感器检测的拉力的变化记录得到第二时刻T2，根据位置传感器单元检测的钻杆伸缩长度达到钻杆的单节长度的整数倍时记录得到第三时刻T3，进而针对这些数据进行比较，判断出钻杆在下放和提升过程中是否发生带杆，为操作人员提供准确信息，便于其及时作出相应处理，防止带杆导致钻杆突然下落，冲击动力头，造成旋挖钻机的动力头和钻杆等结构损坏。

与现有的提升动力头减震能力相比，本发明实施例提供的监测系统具有更强的主动性，更能有效避免带杆导致的损坏；与现有的在动力头上安装弹簧等装置来检测动力头上的钻杆重量相比，本发明实施例提供的监测系统监测结果的准确性更高，且实施成本更低。

应当理解的是，控制器可以整合在旋挖钻机整机控制器中，也可以是一个单独的控制器，在该控制器中预置上述的旋挖钻机钻杆监测方法程序后能够正常实施该方法即可。作为优选，为了能够实现或执行本发明的旋挖钻机钻杆监测方法中各步骤的内容，控制器中可以设置接收单元，接收传感器的信息，设置记录单元，记录各个时间点（第一时刻T1、第二时刻T2和第三时刻T3），设置比较单元，比较记录的数据，设置判断单元，通过比较结果，判断是否发生带杆。当然，控制器可以整合高度集成的执行模块，按照本发明的旋挖钻机钻杆监测方法处理接收到数据，并得出相应的结果。本发明对此不做限定。

进一步地，该监测系统实施例中的位置传感器单元包括检测钻杆深度的第一位置传感器和检测动力头位移的第二位置传感器，通过第一位置传感器能够检测得到钻杆的初始深度和第一深度，通过第二位置传感器能够检测得到动力头的零位置和动力头的第一位移。

作为优选，第一拉力传感器可以为销轴式拉力传感器，设置旋挖钻机桅杆顶部的主卷扬的滑轮轴上；第二拉力传感器也可以是销轴式拉力传感器，设置在加压卷扬（加压装置为加压卷扬时）的滑轮轴上；第一位置传感器为设置在主卷扬上的旋转编码器或接近开关；第二位置传感器为设置在动力头上的接近开关；或者，第二位置传感器为设置在加压卷扬上（加压装置为加压卷扬时）的旋转编码器。这些传感器与控制器信号连接，将检测的数据发送至控制器做后续处理。

相应地，为了能够在判断钻杆发生带杆后，能够主动做出相应处理操作，该监测系统中的控制器还与主卷扬的液压系统连接，用于在判断钻杆为带杆时，停止升降所述钻杆；和/或，为了能够在判断钻杆发生带杆后，能够向操作者发出预警，该监测系统还包括报警装置，报警装置与控制器连接，用于在判断钻杆为带杆时，控制器触发报警装置发出报警。

该旋挖钻机钻杆监测系统是针对上述的旋挖钻机钻杆监测方法而专门设计，其工作原理可以参见上述方法的介绍，此处不再赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种旋挖钻机钻杆监测方法，其特征在于，包括：

步骤1，获取所述旋挖钻机的主卷扬的拉力，当所述主卷扬的拉力变化时，记录变化的时间为第一时刻；获取所述旋挖钻机的加压装置提拉动力头的拉力，当所述加压装置的拉力变化时，记录变化的时间为第二时刻；获取所述旋挖钻机钻杆的伸缩长度，比较所述伸缩长度和所述钻杆的单节长度，在所述伸缩长度为所述钻杆的单节长度的整数倍时，记录时间为第三时刻；

步骤2，比较所述第一时刻和所述第二时刻是否重合，若是，则执行步骤3；若否，则清零已记录的所述第一时刻、所述第二时刻和所述第三时刻，并重新执行所述步骤1；

步骤3，比较所述第一时刻或所述第二时刻是否与所述第三时刻重合，若是，则清零已记录的所述第一时刻、所述第二时刻和所述第三时刻，并重新执行所述步骤1；若否，则判断所述旋挖钻机的钻杆发生带杆。

2.一种旋挖钻机钻杆监测方法，其特征在于，包括：

步骤1，获取所述旋挖钻机的主卷扬的拉力，当所述主卷扬的拉力变化时，记录变化的时间为第一时刻；获取所述旋挖钻机的加压装置提拉动力头的拉力，当所述加压装置的拉力变化时，记录变化的时间为第二时刻；

步骤2，比较所述第一时刻和所述第二时刻是否重合，若是，则执行步骤3；若否，则清零已记录的所述第一时刻和所述第二时刻，并重新执行所述步骤1；

步骤3，获取所述旋挖钻机钻杆的伸缩长度，并比较在所述第一时刻或所述第二时刻时所述伸缩长度是否为所述钻杆的单节长度的整数倍，若是，则清零已记录的所述第一时刻和所述第二时刻，并重新执行所述步骤1，若否，则判断所述旋挖钻机的钻杆发生带杆。

3.一种旋挖钻机钻杆监测方法，其特征在于，包括：

步骤1，获取所述旋挖钻机的主卷扬的拉力，当所述主卷扬的拉力变化时，记录变化的时间为第一时刻；获取所述旋挖钻机的加压装置提拉动力头的拉力，当所述加压装置的拉力变化时，记录变化的时间为第二时刻；获取所述旋挖钻机钻杆的伸缩长度；

步骤2，比较所述第一时刻和所述第二时刻是否重合，若是，则执行步骤3；若否，则清零已记录的所述第一时刻和所述第二时刻，并重新执行所述步骤1；

步骤3，比较在所述第一时刻或所述第二时刻时所述伸缩长度是否为所述钻杆的单节长度的整数倍，若是，则清零已记录的所述第一时刻和所述第二时刻，并重新执行所述步骤1，若否，则判断所述旋挖钻机的钻杆发生带杆。

4.根据权利要求1、2或3所述的旋挖钻机钻杆监测方法，其特征在于，所述获取所述旋挖钻机钻杆的伸缩长度的具体过程为：

当所述第一时刻和所述第二时刻首次重合时，获取所述钻杆的末端的当前深度并记录为初始深度，同时记录此时所述动力头的位置为零位置；

随着所述钻杆的后续伸出或收缩，获取所述钻杆的末端的实际深度并记录为第一深度，同时获取所述动力头相对所述零位置的位移，并记录为第一位移；

将所述第一深度减去所述初始深度和所述第一位移得到一差值，获取所述差值并作为所述钻杆的伸缩长度。

5.根据权利要求4所述的旋挖钻机钻杆监测方法，其特征在于，通过设置在主卷扬上的第一拉力传感器获取所述主卷扬的拉力，通过设置在所述加压装置上的第二拉力传感器获取所述加压装置的拉力；

通过设置在主卷扬上的第一位置传感器获取所述初始深度和所述第一深度，通过设置在所述加压装置或所述动力头上的第二位置传感器获取所述第一位移。

6.根据权利要求1、2或3所述的旋挖钻机钻杆监测方法，其特征在于，还包括步骤4：在判断所述旋挖钻机的钻杆发生带杆时，发出报警和/或停止升降所述钻杆。

7.根据权利要求1、2或3所述的旋挖钻机钻杆监测方法，其特征在于，

所述步骤1还包括，记录所述第一时刻和所述第二时刻的具体条件为：

当所述主卷扬的拉力变化大于或等于第一预设值时，记录变化的时间为所述第一时刻；

当所述加压装置的拉力变化大于或等于第二预设值时，记录变化的时间为所述第二时刻。

8.根据权利要求7所述的旋挖钻机钻杆监测方法，其特征在于，

所述步骤1还包括，当所述主卷扬的拉力变化大于或等于第一预设报警值时，且当所述加压装置的拉力变化大于或等于第二预设报警值时，则判断所述旋挖钻机的钻杆发生带杆，并发出报警和/或停止升降所述钻杆；

其中，所述第一预设报警值大于所述第一预设值，所述第二预设报警值大于所述第二预设值。

9.一种旋挖钻机钻杆监测系统，所述旋挖钻机包括主卷扬、加压装置、动力头和钻杆，其特征在于，包括

检测所述主卷扬的拉力的第一拉力传感器；

检测所述加压装置提拉所述动力头的拉力的第二拉力传感器；

检测所述钻杆伸缩长度的位置传感器单元；

控制器，与所述第一拉力传感器、所述第二拉力传感器、所述位置传感器单元信号连接，接收上述各传感器的检测信息，并根据该检测信息判断所述钻杆是否带杆。

10.根据权利要求9所述的旋挖钻机钻杆监测系统，其特征在于，所述位置传感器单元包括：

检测所述钻杆深度的第一位置传感器；

检测所述动力头的位移的第二位置传感器。

11.根据权利要求10所述的旋挖钻机钻杆监测系统，其特征在于，所述加压装置为加压卷扬；

所述第一拉力传感器为销轴式拉力传感器，设置在所述旋挖钻机桅杆顶部的所述主卷扬的滑轮轴上；

所述第二拉力传感器为销轴式拉力传感器，设置在所述加压卷扬的滑轮轴上；

所述第一位置传感器为设置在所述主卷扬上的旋转编码器或接近开关；

所述第二位置传感器为设置在所述动力头上的接近开关；或者，所述第二位置传感器为设置在所述加压卷扬上的旋转编码器。

12.根据权利要求9、10或11所述的旋挖钻机钻杆监测系统，其特征在于，所述控制器还与所述主卷扬的液压系统连接，用于在判断所述钻杆为带杆时，停止升降所述钻杆；和/或，

还包括报警装置，所述报警装置与所述控制器连接，用于在判断所述钻杆为带杆时，所述控制器触发所述报警装置发出报警。

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